En este artículo, discutiremos parte de los métodos primarios de prueba de motor junto con sus capacidades, cómo son aplicados y si pasan/fallan (donde aplica) así como los límites de tendencia. La base para esta discusión será la norma "IEEE P1415: Guía para Prueba Mantenimiento de Maquinaria de Inducción y Análisis de Fracaso".

Introducción

El requisito para un estándar inclusivo de maquinaria de inducción de AC que resume las tecnologías de prueba basadas en condición y sus capacidades han sido necesario por algún tiempo. En los últimos nueve años, un Comité de IEEE ha estado en el proceso de desarrollar "la Guía para Prueba de Mantenimiento de Maquinaria de Inducción y Análisis de Fracaso," designada IEEE P1415. En el tiempo que este articulo fue redactado, la IEEE P1415 estuvo en las fases finales de votación para llegar a ser un Estándar de IEEE.

Lo que hace particular a este estándar es que proporciona una vista general de los métodos eléctricos y mecánicos de prueba y proporciona los límites de la prueba hasta donde es posible. En muchos casos, parte una tecnología particular en sub-pruebas. Por ejemplo una prueba Motriz de Análisis de Circuito que involucra la resistencia, impedancia, inductancia, ángulo de fase, corriente/frecuencia y el aislamiento a tierra son divididos en pruebas individuales tales como: Resistencia de bobinado, Resistencia de Aislamiento, Fase de Angulo, Fase de Balanceo (Inductancia e Impedancia) y Frecuencia Variable. El propósito es de cubrir las tecnologías existentes y proporcionar el espacio para las tecnologías futuras que pueden utilizar combinaciones diferentes.

Diagnóstico Eléctrico Motriz Definido

Una de las áreas más problemáticas que ha venido con nuestros tiempos modernos es mantener el rastro de las definiciones. Por ejemplo en línea puede significar utilizar el Internet o mientras el equipo trabaja. Recientemente, el concepto de Diagnóstico de Motor Eléctrico ha sido considerado sólo como las tecnologías de Análisis Motriz de Circuito (MCA) y el Análisis Eléctrico o Análisis de Firma de Corriente. Sin embargo, en el 2004, el Instituto de Diagnóstico Motriz Eléctrico (IEMD) definió al Diagnóstico Motriz Eléctrico como todas las tecnologías utilizadas para prueba o evaluación de la condición del sistema motriz eléctrico o capaz de ser utilizada en los programas de mantenimiento y administración del sistema motriz.

Entonces se definió el mantenimiento y la administración del sistema motriz:

"La administración y el mantenimiento del sistema motriz son la filosofía de la mejora continua de todos los aspectos del sistema motriz del poder entrante a la carga manejada. Implica todos los componentes de energía, del mantenimiento y la confiabilidad de la cuna a la tumba del sistema".

El resultado de estas definiciones es que un alcance más amplio de la tecnología es abarcado, proporcionando el concepto de una gama más amplia de instrumentos disponibles para el diagnóstico del estado motriz eléctrico. Esta definición, combinada con la IEEE P1415, nos da la pauta de las tecnologías que serán exploradas en este artículo. Sin embargo, el enfoque estará solo en el motor, incluyendo:

• Bobinado del estator
• Bobinado del Rotor
• Vibración y ruido
• Cojinetes y ejes
• Estructura y Marcos
• Ventilación
• Accesorios

Tecnologías Basadas en Condición

Las siguientes tecnologías están cubiertas por el estándar propuesto:

• AC Alto Potencial: Es una prueba de pasa/falla aplicada al doblre del voltaje valorado más 1.000 voltios para nuevos sistemas de aislamiento y 125-135% del voltaje motriz para sistemas de aislamiento existentes.

• Tiempo de Aceleración: Aumentado o disminuyendo tiempos de arranque puede indicar problemas con la alimentación, el motor o la carga.

• Aislamiento de los cojinetes: La evaluación de la integridad de aislamiento de los cojinetes para propósitos de corrientes reducidas de ejes y resultando el daño de cojinete. Realizado siguiendo IEEE Std 43-2000.

• Temperatura del Cojinete: Medido por RTD, termómetro termopar o de tipo bombilla. Los límites de la temperatura varían pero caen generalmente en el rango de 90-100°C para la alarma y 105-120°C para el cierre.

• Capacitancia: La medida es tendencia y valores a tierra incrementados con el tiempo indican contaminación de superficie, humedad alta, alta temperatura o pérdida de aislamiento.

• Pérdida del Centro (Prueba de Lazo): La prueba se realiza durante la reparación motriz para evaluar el aislamiento interlaminar del centro de estator. Ningún lugar debe ser superior a 10°C que la temperatura ambiental del centro.

• Aislamiento de los coples: Realizado para asegurar que ninguna corrientes existe del eje desemboquen en el equipo. Realizado siguiendo IEEE Std 43-2000.

• Demodulación de Corriente: Utilizado en el análisis actual motriz de firma como un método para remover la frecuencia fundamental de corriente de espectro FFT.

• Corriente que trabaja: Puede ser utilizada como una indicación de la carga. Corriente pulsante, medida con una punta de corriente analógica, es un indicador de problemas de barra de rotor.

• Análisis de Firma: Utilizado para proporcionar el análisis de la condición electromecánica y del equipo. Requiere el análisis de corriente de espectro FFT.

• Corriente de Arranque: La irrupción y el arranque son evaluados para anomalías.

• DC Alto Potencial: es una prueba de tendencia cuando se registran fugas. Utiliza el doble del voltaje más 1.000 volts por 1 como el máximo aplicado. Si, al aumentar el voltaje, el valor de merma aumenta muy rápidamente, entonces la prueba ha fallado.

• Absorción Dieléctrica: Es el índice de las lecturas de la resistencia de aislamiento de DC del valor de 60 segundos al valor de 30 segundos. Un índice de 1,4 o mayor, en sistemas de aislamiento anteriores a 1970, son considerados aceptables. De otro modo, la tendencia es requerida. Referencia IEEE Std 43-2000.

• El Factor de la Disipación y el Factor de Energía: Ambas pruebas utilizan un voltaje de la corriente alterna en el voltaje valorado del motor para ser probado. El valor de la tendencia no debe exceder un cambio de 2% sobre el período de la prueba.

• Análisis de Grasa: Utilizado para tendenciar y evaluar el deterioro de las propiedades lubricantes de la grasa.

• Prueba de Growler: Utilizada para evaluar la condición de las barras del rotor cuando el rotor es removido del motor eléctrico.

• Resistencia del Aislamiento: Mide el valor de aislamiento entre conductores y tierra después de un minuto. El voltaje aplicado es menos que el voltaje del motor con una temperatura corregida resultando en 5 Megohmios para máquinas aleatorias y 100 Megohmios para máquinas de forma. Referencia IEEE Std 43-2000.

• Análisis de Aceite: Utilizado para evaluar la degradación de las propiedades lubricantes del aceite. Puede ser utilizado también para detectar desgaste mecánico excesivo en el equipo.

• Descarga Parcial: Es una medida de descargas capacitivas dentro del aislamiento eléctrico. Este valor es tendeciero generalmente en máquinas de más de 6,000Vac.

• Fase Angulo: La medida de tiempo entre el pico de voltaje y la corriente en acerca de 7Vac aplicados a una bobina. Cuándo dos bobinas son comparados, el valor debe estar dentro de de un dígito de ambos resultados.

• Fase de Balance (Inductancia e Impedancia): Utilizada para detectar severo desbalance de bobinado o para comparar en orden para detectar contaminación. Los resultados de la prueba son comparados fase a fase para determinar si el patrón es el mismo, o no.

• Índice de Polarización: La prueba del índice de los 10 minutos de aislamiento a tierra y la de un minuto. Un índice de 2 o más es requerido en sistemas de aislamiento anteriores a 1970. Referencia IEEE Std 43-2000.

• Prueba de Rotor de Una Fase: 10 por ciento del voltaje motriz es aplicado a través de una fase del motor. El rotor es girado y se toman los valores de la corriente. Las variaciones de 3%, o más, del valor de la corriente por 360 grados de la rotación identifican las probables barras rotas del rotor.

• Corriente del Eje a tierra: Una medida de la corriente del eje. Puede identificar que esas corrientes del eje no fluyen por el sistema a tierra del eje.

• Prueba del eje: partícula magnética, penetración de líquido y examen ultrasónico es utilizado para evaluar la condición del material motriz del eje.

• Voltaje del eje: Se toman medidas del voltaje del eje del motor. Las variaciones en el valor del voltaje indican problemas con el motor.

• Velocidad: Utiliza las medidas de RPM del motor para determinar si existen problemas potenciales del motor o de la carga.

• Prueba de Surge: Prueba de alta frecuencia, alto voltaje basado en impedancia utilizada para verificar la vuelta a vuelta de la fuerza dieléctrica del sistema de aislamiento. Las formas de ondas comparadas con las desviaciones que indican los defectos.

• Surge PD: variación de la prueba anterior, evalúa las descargas parciales que resultan del voltaje alto, prueba rápida de aumento de tiempo rápido.

• Termografía: Utiliza una cámara infrarroja para comparar el fondo (ambiente) al componente de la prueba. Los defectos pueden causar un aumento de temperatura en el punto del defecto.

• Análisis de torsión: Utiliza tres fases del voltaje y la corriente para calcular el momento de torsión. El valor entonces es demostrado y es analizado como espectro de torsión FFT.

• Ultrasonido: Utilizado para detectar defectos en cojinetes y otros defectos electromecánicos en motores. también se usa para detectar otras cuestiones del sistema motriz.

• Frecuencia Variable: Utilizando cerca de 7Vac, la corriente motriz es medida entonces la frecuencia aplicada duplicada y la corriente resultante se compara al resultado inicial. El valor debe ser no más de uno a dos dígitos entre las diferentes fases.

• Vibración: La información de los espectro de vibración FFT son utilizados para tendenciar y detectar fallas mecánicas y algunas eléctricas.

• Balance de Voltaje: Las medidas del voltaje se utilizan para detectar defectos de desbalance de voltaje en el suministro.

• Distorsión de Voltaje: El contenido armónico del voltaje. Si este valor es demasiado alto, ocurrirá calentamiento del rotor y del estator.

• Caída de Voltaje: Es una medida de tendencia de la caída del voltaje al arrancar un motor eléctrico grande. Los cambios pueden indicar defectos eléctricos motrices.

• Nivel de Voltaje: Las medidas del voltaje son utilizadas para asegurar que la tensión de alimentación se quede dentro de + /- 10% del voltaje especificado por el fabricante.

• Picos de Voltaje: Monitorear los picos de voltaje permite la habilidad de evaluar las condiciones del suministro y de los controles.

• Resistencia de bobinado: Detecta alambres rotos y conexiones flojas.

• Temperatura del bobinado: La temperatura puede ser tendenciada con el tiempo para determinar si ocurrirán condiciones de sobrecarga o fallas de aislamiento.

Cada una de las pruebas se describe, la eficacia determinada (es decir: a partir de tendencia?), online y offline, las frecuencias típicas de prueba, todas las precauciones o consideraciones y normas relacionadas citadas.

Aplicación de Combinación de Tecnologías

Como se menciono antes, las tecnologías citadas pueden ser utilizadas individualmente y en combinación. El uso de multi-tecnologías permite un análisis más exacto de la condición de una máquina.

Una parte importante para comprender la aplicación de cualquier tecnología de prueba es también el conocimiento que los resultados representan una probabilidad del tipo de defecto para ser diagnosticado. Por ejemplo, una prueba de resistencia de aislamiento que muestra un resultado muy bajo de la prueba puede ser falla en un sistema de aislamiento, contaminación del bobinado, humedad alta, procedimiento inadecuado de la prueba o un instrumento dañado. Es común que la llamada sea realizada de acuerdo ala experiencia del usuario. Por ejemplo si una prueba de motor 480Vac en 0.5 Megaohmios a tierra basada sobre la experiencia del usuario, ellos pueden indicar que el sistema de aislamiento ha fallado o hay humedad alta. Se lleva a cabo la acción correctiva, si existe, puede ser incorrecta como resultado.

En vez de eso, entendiendo las tecnologías y prácticas disponibles, como son aplicadas y lo que los resultados pueden significar (incluyendo la probabilidad de resultados diferentes), el técnico de mantenimiento y confiabilidad ahora puede escoger la combinación de instrumentos para mejorar la confianza en los resultados. Por ejemplo utilizando el mismo caso anterior, una combinación de la resistencia de aislamiento, Fase de balanceo, Fase de ángulo y prueba de frecuencia variable son utilizadas. El valor bajo del aislamiento es acoplado sin tolerancia de la fase ángulo y frecuencia variable y el balanceo de la inductancia y la impedancia no cuadran. El resultado más probable sería una falla del aislamiento y la acción correctiva seria un rebobinado o el reemplazo del motor.

Otro beneficio de evaluar la condición, o tendencia, con múltiples tecnologías es la habilidad de estimar mejor el tiempo restante de vida. Como resultado, muchos fabricantes de tecnología ahora combinan múltiples tecnologías en un solo paquete de soluciones.

Caso # 1: Análisis del Propulsor

El análisis eléctrico de la firma de máquinas DC proporciona un retrato sólido del equipo impulsor, el motor y el impulsor DC. En el caso de propulsores marinos, el DC permite velocidad variable a los propulsores que son utilizados para posicionar una nave. El desafío de analizar propulsores es la habilidad de detectar los problemas en los engranajes, cojinetes, sellos y el propulsor con la cavitación resultante, que afecta directamente los resultados de la prueba de vibración.

Utilizando una combinación de Análisis de Firma de Voltaje y Análisis de Corriente de Firma (Análisis de Firma Eléctrica - ESA), los resultados pueden ser comparados y el equipo impulsor evaluado. En un caso reciente, el análisis de vibración fue realizado en un propulsor seguido por ESA. ESA identificó una fuerte firma de corriente de la velocidad que significaría un extremo desbalance, una severa desalineación o el eje doblado. Una revisión de los datos de vibración proporcionó información adicional que sugirió que el resultado fue un eje doblado.

Caso #2: Análisis de Generador

Un generador operando a bordo de una nave transatlántica estaba fallando debido a la alta temperatura varias veces durante las operaciones de carga. La Termografía infrarroja determinó que el sistema de refrigeración operaba de modo satisfactorio. MCA fue utilizado y fue determinado que se estaba desarrollando un corto del bobinado que se acoplaba con un aislamiento a tierra. Seguido de una prueba en línea, realizada con ESA, fue determinado que había un problema del campo de rotación, también. Otra prueba de MCA fue realizada y el rango de fracaso de aislamiento fue determinado.

Utilizando la información proporcionada por estas pruebas, fue determinado que el generador podría operar en una condición de "reducido" por aproximadamente tres meses. Esto permitió a la nave cumplir su próxima misión. El generador fue rebobinado, debido al fracaso de aislamiento; durante el próximo período, como se planifico.

Conclusión

La identificación de tecnologías disponibles para prueba de motor basada en condición, sus límites y capacidades proporciona un instrumento poderoso para el diagnóstico del motor eléctrico. La espera de la publicación IEEE P1415, "Guía para Mantenimiento de Maquinaria de Inducción y Análisis de Fracaso," dirige la necesidad para un estándar completo de pruebas eléctricas y mecánicas para la prueba de condición de motor eléctrico. Utilizando las capacidades combinadas de las tecnologías, el análisis prematuro y exacto y la estimación restante de la vida pueden ser realizados.

El Dr. Penrose es el Presidente de SUCCESS by DESIGN, una firma de consultoría de mantenimiento y confiabilidad. El Dr. Penrose tiene mas de 20 años en la industria de motores eléctricos industriales y es el Director Ejecutivo del Instituto de Diagnostico de Motores Eléctricos. Puede ser contactado vía correo electrónico en howard@motordoc.net

Bibliografía

IEEE PAR P1415, Draft Guide for Induction Machinery Maintenance Testing and Failure Analysis, IEEE Standards Activities Department, Power Engineering Society, 2005.